刀具用不锈钢及其制造方法
【专利摘要】本发明的最终目的在于，得到具有优异的特性的高硬度且高韧性的刀具，为此本发明提供刀具用不锈钢的中间材料、退火材及冷轧钢带以及它们的制造方法。一种刀具用不锈钢的中间材料，其为用于适用退火的经过了热轧的中间材料，组成按质量%计为C：0.46～0.72%、Si：0.15～0.55%、Mn：0.45～1.00%、Cr：12.5～13.9%、Mo：0～1.5%、B：0～0.012%，剩余部分由Fe和杂质组成，纵断面的X射线衍射中的源自fcc相的衍射峰面积(源自(200)面、(220)面和(311)面的衍射峰面积的总和)与源自bcc相的衍射峰面积(源自(200)面和(211)面的衍射峰面积的总和)之比(源自fcc相的衍射峰面积/源自bcc相的衍射峰面积)为30以下。
【专利说明】刀具用不锈钢及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及例如剃刀、切刀、菜刀、小刀等中使用的刀具用不锈钢及其制造方法。
【背景技术】
[0002]以往，马氏体系不锈钢被广泛用作剃刀、切刀、菜刀、小刀等的刀具用材料。特别是已知按质量％计含有13%左右的Cr和0.65%左右的C的高碳马氏体系不锈钢的带材作为剃刀用的材料最合适。这种用途中使用的高碳马氏体系不锈钢(以下称为“刀具用不锈钢”)通常实施淬火回火来使用，要求使用时的高硬度、高韧性等特性。
[0003]刀具用不锈钢通常经由以下的制造工序制造。
[0004]首先，将原料熔解、铸造而制造原材料。接着将原材料热轧而制造中间材料。对于原材料而言，也有时经由利用热锻、热轧进行的开坯工序。
[0005]接着，对中间材料进行最初的退火而制造退火材。进而，对于退火材重复进行仅必要次数的冷轧和随之的解除应力退火，制造具有目标厚度的冷轧钢带。然后，对冷轧钢带实施淬火回火，完成刀具用不锈钢。
[0006]进而，刀具用不锈钢经由开刃、切断等加工工序形成最终产品。需要说明的是，刀具用不锈钢的市场中的交易通常大多以退火材或冷轧钢带中的任意一种形态进行。
[0007]对于上述刀具 用不锈钢而言，作为达成高硬度、高韧性的技术，一直以来提出了各种提案。例如作为代表性的例子，本申请 申请人:提出的日本特开平5-039547号公报(专利文献I)中，进行了提高淬火回火前的刀具用不锈钢的冷轧钢带的碳化物密度的提案。根据该提案，冷轧钢带的短时间淬火性得到大幅改善、并且可以提高淬火后的刀具用不锈钢的硬度，作为剃刀能够具有优异的锋利感。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开平5-039547号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的问题
[0012]如上所述，关于对刀具用不锈钢着眼于淬火回火前的冷轧钢带的特点的技术，一直以来提出了各种提案。
[0013]但是，可以说几乎没有进行着眼于热轧后退火前的中间材料的特点的研究，对于该中间材料的特点与作为半产品流通的退火后淬火前的刀具用不锈钢的退火材的特性及冷轧钢带的特性之间的关系难说充分阐明。
[0014]因此，存在下述问题:起因于关于前述中间材料应该具有怎样的特点的发现缺乏，未充分引导出刀具用不锈钢本来所具有的优异的特性、特别是不能兼具高硬度和高韧性。另外，在前述中间材料的特点由于某些原因而变动的情况下，在制作前述中间材料的阶段察觉不良问题而防止后工序中的品质不良的产生于未然的手段未知，因此存在下述问题:若在未察觉前述中间材料的阶段中产生的不良问题的状态下，硬度、韧性的降低在之后的工序首次表露出来，则这之前进行了的工序白费，产品的成本增大。
[0015]本发明的最终目的在于，通过对淬火前的刀具用不锈钢的组织造成影响的前述中间材料的优化，有效地得到具有优异的特性的高硬度且高韧性的刀具，为此本发明提供刀具用不锈钢的中间材料、退火材及冷轧钢带以及它们的制造方法。
[0016]用于解决问题的方案
[0017]本发明人等着眼于刀具用不锈钢的特点中、特别是作为支配其硬度和韧性的因素的碳化物的形态进行了研究。
[0018]首先确认了，刀具用不锈钢的冷轧钢带的组织中碳化物不均匀存在、或者具有粗的晶粒的碳化物与具有细的晶粒的碳化物混合而碳化物的分布不均匀的情况下，与碳化物均匀分布的情况相比，将该冷轧钢带淬火回火时的硬度和韧性降低。
[0019]接着彻底查明了，刀具用不锈钢的中间材料的特点中特别是组成和fee相的量对由前述中间材料得到的冷轧钢带的组织中的碳化物的分布造成影响。
[0020]并且发现了，通过将刀具用不锈钢的中间材料的组成优化并且抑制fee相的量，可以使冷轧钢带中的碳化物的分布均匀，进而可以大幅改善作为最终产品的刀具的特性，从而达成本发明。
[0021]即，本发明为一种刀具用不锈钢的中间材料，其为热轧后退火前的刀具用不锈钢的中间材料，组成按质量％计为C:0.46~0.72%,Si:0.15~0.55%、Mn:0.45~1.00%,Cr:
12.5~13.9%、Mo:0~1.5%、B:0~0.012%，剩余部分由Fe和杂质组成，纵断面的X射线衍射中的源自fee相的衍射峰面积(源自(200)面、(220)面和(311)面的衍射峰面积的总和)与源自bcc相的衍射`峰面积(源自(200)面和(211)面的衍射峰面积的总和)之比(源自fee相的衍射峰面积/源自bcc相的衍射峰面积)为30以下。
[0022]前述B优选以0.0005~0.0050%的范围含有。
[0023]另外，本发明为一种刀具用不锈钢的中间材料的制造方法，其为前述刀具用不锈钢的中间材料的制造方法，将调整到前述组成的热轧用原材料加热到1100~1250°C，进行热轧结束温度为700~1000°C的热轧，使纵断面的X射线衍射中的源自fee相的衍射峰面积(源自(200)面、(220)面和(311)面的衍射峰面积的总和)与源自bcc相的衍射峰面积(源自(200)面和(211)面的衍射峰面积的总和)之比(源自fee相的衍射峰面积/源自bcc相的衍射峰面积)为30以下。
[0024]本发明为一种刀具用不锈钢的退火材的制造方法，其在前述热轧之后，800~860 °C下进行I~100小时的退火。
[0025]另外，本发明为一种刀具用不锈钢的冷轧钢带的制造方法，其使用前述退火材进行冷轧和退火的工序，使厚度不足1.0_。
[0026]发明的效果
[0027]使用本发明的刀具用不锈钢制造的刀具由于能够兼具高硬度和高韧性，因此特别是最适于厚度薄的剃刀等用途。另外，根据本发明，能够在中间材料而不是最终产品的阶段进行品质管理，因此能够抑制不良的产生、降低制造成本。
【专利附图】
【附图说明】[0028]图1为表示试验片采集位置和评价面的示意图。
[0029]图2为表示本发明的刀具用不锈钢的中间材料的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0030]图3为表示比较例的刀具用不锈钢的中间材料的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0031]图4为表示本发明的刀具用不锈钢的中间材料的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0032]图5为表示比较例的刀具用不锈钢的中间材料的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0033]图6为表示本发明的刀具用不锈钢的中间材料的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0034]图7为表示本发明的刀具用不锈钢的中间材料的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0035]图8为表示对本发明的刀具用不锈钢的退火材进行了淬火-零下-回火后的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0036]图9为表示对比较例的刀具用不锈钢的退火材进行了淬火-零下-回火后的金相组织的一例的替代附 图用照片。
[0037]图10为表示对本发明的刀具用不锈钢的退火材进行了淬火-零下-回火后的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0038]图11为表示对比较例的刀具用不锈钢的退火材进行了淬火-零下-回火后的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0039]图12为表示对本发明的刀具用不锈钢的退火材进行了淬火-零下-回火后的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0040]图13为表示对本发明的刀具用不锈钢的退火材进行了淬火-零下-回火后的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0041]图14为表示本发明的刀具用不锈钢的冷轧钢带的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0042]图15为表示对本发明的刀具用不锈钢的冷轧钢带进行了淬火-零下-回火后的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0043]图16为表示本发明的刀具用不锈钢的冷轧钢带的金相组织的一例的替代附图用照片。
[0044]图17为表示对本发明的刀具用不锈钢的冷轧钢带进行了淬火-零下-回火后的金相组织的一例的替代附图用照片。
【具体实施方式】
[0045]如上所述，本发明的重要特征在于，除了使影响到碳化物的形态的合金组成优化之外，控制退火前的中间材料中的fee相的量，由此对于作为最终产品的刀具达成高硬度和高韧性的兼具。
[0046]首先对赋予本发明中规定的基本特性的合金组成进行说明。需要说明的是，各元素的含量为质量％。
[0047]C:0.46 ~0.72%
[0048]使C为0.46~0.72%是为了作为刀具达成充分的硬度、并且将铸造、凝固时的共晶碳化物的结晶抑制在最低限度。若C不足0.46%则作为刀具得不到充分的硬度。另外，若超过0.72%，则由于与Cr量的平衡而共晶碳化物的结晶量增加，成为开刃时的刃缺口的原因。优选的C量的下限为0.50%，进一步优选为0.65%。另外，优选的C量的上限为0.70%。
[0049]Si:0.15 ~0.55%
[0050]Si作为精炼时的脱氧剂添加。若欲得到充分的脱氧效果则Si残留0.15%以上。另一方面，若超过0.55%，则夹杂物量增加，成为开刃时的刃缺口的原因。因此，Si为0.15~0.55%。另外，Si具有提高抗回火软化的效果。Si的0.20%以上添加的情况下，作为刀具可以得到充分的硬度。因此，优选的Si量的下限为0.20%。另外，优选的Si量的上限为0.35%。
[0051]Mn:0.45 ~1.00%
[0052]Mn与Si同样地也作为精炼时的脱氧剂添加。若欲得到充分的脱氧效果则Mn残留0.45%以上。另一方面，若超过1.00%则热加工性降低。因此，Mn为0.45~1.00%。优选的Mn量的下限为0.65%。另外，优选的Mn量的上限为0.85%。
[0053]Cr: 12.5 ~13.9%
[0054]使Cr为12.5~13.9%是为了达成充分的耐蚀性、并且将铸造、凝固时的共晶碳化物的结晶抑制在最低限度。若Cr不足12.5%则作为不锈钢得不到充分的耐蚀性，若超过13.9%，则共晶碳化物的结晶量增加，成为开刃时的刃缺口的原因。优选的Cr量的下限为
13.0%。另外，优选的Cr量的上限为13.6%。
[0055]Mo:0 ~1.5%
[0056]Mo由于是提高耐蚀性的元素，根据需要可以以1.5%作为上限来添加。但是若Mo超过1.5%，则固溶强化变强、变形阻力升高而热加工性劣化，因此Mo的含量为O~1.5%。
[0057]B:0 ~0.012%
[0058]B对于提高硬度和韧性而言是有效的元素。本发明中，也可以通过后述的X射线的强度比的调整来提高韧性，但是通过预先添加B，可以切实地得到韧性提高的效果。因此，对于B而言，可以以0.012%作为上限来添加。但是若B超过0.012%,则作为热加工性，延展性显著降低。因此B的上限为0.012%。需要说明的是，欲更切实地得到通过B添加实现的硬度和韧性提高效果的情况下，若不足0.0005%则B添加的效果不充分，因此使B处于
0.0005~0.0050%的范围内为宜。
[0059]除了以上所述的元素以外为Fe和杂质。
[0060]作为代表性的杂质元素，有P、S、N1、W、V、Cu、Al、T1、N和0，这些元素优选限制于以下的范围内。
[0061]P≤0.03%、S ≤ 0.005%,Ni ≤ 0.15%、W ≤ 0.05%、V ≤ 0.2%、Cu ≤ 0.1%、A1 ≤ 0.01%、Ti ≤ 0.01%、N ≤ 0.05% 及 O ≤ 0.05%。
[0062]根据本发明人等的研究发现，关于具有上述组成的刀具用不锈钢的中间材料的X射线衍射中的源自fee相的衍射峰面积(源自(200)面、(220)面和(311)面的衍射峰面积的总和)与源自bcc相的衍射峰面积(源自(200)面和(211)面的衍射峰面积的总和)之比(源自fee相的衍射峰面积/源自bcc相的衍射峰面积)，与使用前述中间材料，经由退火、冷轧、淬火、回火等制造工序得到的刀具用不锈钢的韧性相关。
[0063]具体而言，若刀具用不锈钢中间材料的X射线衍射中的源自fee相的衍射峰面积与源自bcc相的衍射峰面积之比超过30，则形成fee相的量过多的状态。若如此，则在热加工后进行退火时，容易在晶界析出纵横比高的碳化物。其结果，例如用于刀具时进行的淬火回火后，韧性显著降低。因此，需要使源自fee相的衍射峰面积/源自bcc相的衍射峰面积之比为30以下。优选为20以下，进一步优选为5以下。下限可以为O。
[0064]需要说明的是，本发明中选择fee相的(200)面、(220)面及(311)面、和bcc相的(200)面及(211)面是由于，对于本发明中规定的组成的合金系而言，前述取向是X射线衍射中的主要的峰。前述主要峰以外，由于峰强度低，因此源自fee相的衍射峰面积/源自bcc相的衍射峰面积之比的影响小。因此，通过前述主要峰的测定就是充分的。
[0065]需要说明的是，上述源自fee相的衍射峰面积/源自bcc相的衍射峰面积之比与各相的实际的体积比相关，因此可以作为对应于构成相的比率的值进行评价。
[0066]进行上述X射线衍射时，对中间材料的纵断面照射X射线来进行。本申请中“纵断面”指的是如图1所示，由刀具用不锈钢的中间材料I的宽度的中心附近采集的试验片的表面中相当于图1所示的评价面2的断面、即垂直于中间材料的宽度方向的断面。将纵断面用于评价的理由在于，轧制材具有依赖于轧制方向的各向异性，因此通过固定评价面，能够在同一条件下进行评价。另外是由于，作为刀具的情况下，纵断面大多对应于最要求高强度和韧性的兼具的刀尖。
[0067]对于X射线衍射中使用的试验片而言，将纵断面镜面研磨，进而进行电解研磨，从而调整为X射线衍射用试验片。然后将前述电解研磨面作为测定面进行X射线衍射，然后，算出源自fee相的(200)面、(220)面和(311)面的衍射峰面积的总和与源自bcc相的(200)面、(211)面的衍射峰面积的总和之比。求出各衍射峰的面积时，求出减去了本底的强度而得到的衍射峰的面积`。
[0068]接着对本发明的刀具用不锈钢的中间材料、退火材和冷轧钢带的制造方法进行说明。
[0069]首先，通过熔解、铸造来制造刀具用不锈钢的原材料。熔解能够适用真空熔解、大气熔解、真空电弧再熔解、电渣再熔解等方法。铸造可以通过对铸模的铸造、连续铸造等来得到原材料。根据需要也可以对所得到的原材料进行均匀化热处理。进而可以附加利用热锻、热轧进行的开坯工序。
[0070]然后，将前述原材料热轧，由此制造刀具用不锈钢的中间材料。对于热轧而言，加热到1100~1250°C，进行热轧，使热轧的结束温度为700~1000°C来制造刀具用不锈钢的中间材料。
[0071]使加热温度为1100~1250°C是由于，该温度区域下，变形阻力较低、具有优异的热加工性。若超过1250°C，则成为延展性极端降低的温度区域，在热加工时容易产生裂纹。另一方面，低于1100°C时，热轧中的材料的变形阻力大、难以以大的加工率进行加工，在热加工中需要重复再加热。加热温度的优选下限为1150°C。
[0072]另外，本发明中，使热轧的结束温度为700~1000°C是为了考虑到形成刀具用不锈钢的中间材料时的热加工性并且进行相控制、金相组织控制。若热轧的结束温度超过1000°C，则X射线衍射中的源自fee相的衍射峰面积与源自bcc相的衍射峰面积之比超过30，fee相的量增多。若fee相的量过多，则在之后实施的退火中，容易在fee相晶界析出碳化物。另外，若加工结束温度高，则残余应力少，并且晶粒直径也容易增大，由此在退火中，析出于fee相晶界的碳化物容易形成网络。
[0073]另一方面是由于，热轧的结束温度低于700°C时，变形阻力增大、难以进行热轧。因此，使热轧工序的加热温度为1100~1250°C、热轧的结束温度为700~1000°C。优选的加热温度的下限为1150°C、优选的结束温度的上限为950°C、更优选的结束温度的上限为900°C、优选的结束温度的下限为750°C。
[0074]利用上述热轧、使热加工的结束温度为700~1000°C得到的刀具用不锈钢的中间材料，在输出辊道上的穿带中或/进而正当用卷取装置卷取中，使用水进行冷却为宜。以在从热轧的最终道次结束时点起5分钟以内、得到能够将所卷取的卷材冷却到600°C以下的冷却速度的程度的水量进行冷却为宜。
[0075]这是由于，对于所卷取的卷材而言，虽然在卷材与大气接触的面暂时进行冷却，但是由于卷材自身所具有的潜势热，存在暂时进行了冷却的卷材表面再次升温，结果在卷材的前端区域、中央附近和后端区域金相组织互不相同的可能性。如果在从热轧的最终道次结束时点起5分钟以内所卷取的卷材的一部分超过600°C，则作为刀具的韧性有可能降低。
[0076]因此优选在从热轧的最终道次结束时点起5分钟以内，通过水进行冷却以使所卷取的卷材为600°C以下。
[0077]结束以上的热轧工序时，可以得到具有本发明中规定的组织的刀具用不锈钢的中间材料。
[0078]对通过上述制造方法制造的刀具用不锈钢的中间材料在700°C~860°C下进行I~100小时的最初的退火，由此制造析出了碳化物的刀具用不锈钢的退火材。
[0079]进而使用上述刀具用不锈钢的退火材得到厚度为1.0mm以下的刀具用不锈钢的冷轧钢带时，通过重复进行冷轧和退火而能够制造。
[0080]关于上述刀具用不锈钢的冷轧钢带，进行淬火、回火、开刃形成刀具时，根据需要有时在淬火后进行零下处理、回火后在表面进行涂覆。
[0081]实施例
[0082]通过以下的实施例对本发明进行更详细的说明。
[0083]通过真空熔解制作A~F的6个IOkg钢锭(原材料)。A~F的钢锭化学成分如表1所示。
[0084][表 I]
[0085](质量％)
[0086]
【权利要求】
1.一种刀具用不锈钢的中间材料，其特征在于，其为热轧后退火前的刀具用不锈钢的中间材料，组成按质量 % 计为 C:0.46 ~0.72%、Si:0.15 ~0.55%、Mn:0.45 ~1.00%、Cr:12.5~13.9%、Mo:0~1.5%、B:0~0.012%，剩余部分由Fe和杂质组成，纵断面的X射线衍射中的源自fee相的衍射峰面积即源自(200)面、(220)面和(311)面的衍射峰面积的总和与源自bcc相的衍射峰面积即源自(200)面和(211)面的衍射峰面积的总和之比即源自fee相的衍射峰面积/源自bcc相的衍射峰面积为30以下。
2.根据权利要求1所述的刀具用不锈钢的中间材料，其特征在于，以0.0005~0.0050%的范围含有B。
3.一种刀具用不锈钢的中间材料的制造方法，其特征在于，其为热轧后退火前的刀具用不锈钢的中间材料的制造方法，将组成按质量％计为C:0.46~0.72%、S1:0.15~0.55%、Mn:0.45 ~1.00%、Cr:12.5 ~13.9%、Mo:0 ~1.5%、B:0 ~0.012%，剩余部分由 Fe 和杂质组成的原材料加热到1100~1250°C，进行热轧结束温度为700~1000°C的热轧，形成纵断面的X射线衍射中的源自fee相的衍射峰面积即源自(200)面、(220)面和(311)面的衍射峰面积的总和与源自bcc相的衍射峰面积即源自(200)面和(211)面的衍射峰面积的总和之比即源自fee相的衍射峰面积/源自bcc相的衍射峰面积为30以下的中间材料。
4.根据权利要求3所述的刀具用不锈钢的中间材料的制造方法，其特征在于，以0.0005~0.0050%的范围含有B。
5.一种刀具用不锈钢的退火材的制造方法，其特征在于，其对于通过权利要求3或4所述的制造方法制造的刀具用不锈钢的中间材料，在800~860°C下进行I~100小时的退火。
6.一种刀具用不锈钢的冷轧钢带的制造方法，其特征在于，其对于通过权利要求5所述的制造方法制造的刀具·用不锈钢的退火材进行冷轧和退火，使厚度不足1.0_。
【文档编号】C21D8/02GK103827339SQ201280046446
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月14日 优先权日:2011年9月26日
【发明者】上野友典, 吉山刚, 岸上一郎 申请人:日立金属株式会社